BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 KOMPOSIT POLIMER
Polimer merupakan bahan yang sangat bermanfaat dalam dunia teknik.
Polimer mudah dibuat dan penerapannya mencakup berbagai bidang industri,
seperti serat, karet, plastik, cat, perekat dan penambal. Polimer terdiri dari
beberapa bentuk yaitu cair-kental, karet-lunak, sampai padatan-keras. Meskipun
demikian, semua berstruktur dan bersifat (kima, mekanis, fisik) serupa.
Sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi dan kimia, dan murah, khususnya untuk
aplikasi-aplikasi pada temperatur rendah. Polimer adalah salah satu bahan
rekayasa bukan logam (non-metallic material) yang penting. Bahan polimer ada 2 jenis yaitu polimer biologis dan polimer bukan biologis. Bipolimer mendasari
segala bentuk kehidupan dan berbagai bahan pangan. Polimer bukan biologis,
termasuk yang sintetik, dibutuhkan untuk bahan industri sandang, papan,
transportasi, komunikasi, dan lain-lain.
Makin berkembangnya industri di bidang kimia polimer, tentu kita pernah
mendengar istilah komposit polimer. Komposit polimer adalah polimer yang
berfungsi sebagai matrik (Gibson,1994). Adapun definisi dari komposit adalah
bahan gabungan dua atau lebih yang terdiri dari komponen bahan utama (matriks)
dan bahan rangka (reinforcement) atau penguat. (Ginting,2006)
Matriks berfungsi sebagai pengikat dari isian (penguat), dan jika dikenai
beban ia akan terdeformasi dan mendistribusikan beban (tegangan) tadi keseluruh
unsur-unsur isian penguat,dan berfungsi sebagai unsur penguat struktur komposit.
Sedangkan material-material penguat pada umumnya merupakan unsur kekuatan
komposit. Selain itu, material juga tahan terhadap panas, reaksi kimia, tahanan,
atau konduktor listrik, dan sifat-sifat yang lain.(Sulaiman,1997) Dan bahan rangka
(penguat) yang sering digunakan adalah serat alam selulosa dan serat sintesis.
Adapun sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh :
a. Material yang menjadi penyusun komposit
Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material
penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.
b. Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun
Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik
komposit.
c. Interaksi antar penyusun
Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.
Pada umumnya komposit unggul mempunyai sifat-sifat yang tidak dimiliki
oleh kelompok material lain. Disamping itu, material komposit mempunyai
keistimewaan yaitu mudah dibentuk sesuai dengan keinginan. Pemilihan matriks
(material dasar) umumnya ditentukan oleh kondisi fisik dan mekanik, tempat
komposit tersebut akan digunakan.(Sulaiman,1997) Berikut adalah Tabel 2.1
pertimbangan pemilihan komposit
Tabel 2.1. Pertimbangan Pemilihan Komposit
2.1.1 Bahan Komposit
Bahan komposit didefenisikan sebagai kombinasi dari dua atau lebih
unsur-unsur penyusun yang berbeda satu sama lain, baik dalam bentuk maupun
komposisinya. Manfaat utama dari penggunaan komposit adalah mendapatkan
kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan.
Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat
membuat suatu material komposit dengan sifat yang sama untuk suatu struktur
tertentu dan tujuan tertentu (Hakim,2007).
Sifat mekanis bahan komposit sebagai berikut :
1. Kaku
Kaku adalah kemampuan dari satu bahan untuk menahan perubahan
bentuk jika dibebani dengan gaya tertentu didalam daerah elastik, (pada
pengujian tarik).
2. Tangguh
Tangguh adalah jika pemberian gaya atau yang menyebabkan bahan-bahan
tersebut sehingga menjadi patah, (pada pengujian tiga titik lentur).
3. Kokoh
Kondisi yang diperoleh akibat benturan atau pukulan serta proses kerja
yang mengubah struktur komposit sehingga menjadi keras, (pada
pengujian impak).
Secara garis besar ada tiga macam jenis komposit berdasarkan penguat
yang digunakan :
Komposit serat ( fiber composite)
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu
lapisan yang menggunakan penguat serat. Serat yang digunakan bisa
berupa serat gelas, serat karbon, serat aramid (poly aramide), dan sebagainya. Serat ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi
tertentu bahkan bias juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti
Komposit laminat (laminated composite)
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang
digabung menjadisatu dan setiap lapisannya memiliki karakteristik sifat
tersendiri.
Komposit partikel (partikulated Composite)
Merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai
pengguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriknya.
Komposit Serat Komposit Partikel Komposit Laminat
Gambar 2.1. Komposit Serat, Komposit Partikel, Dan Komposit Laminat
2.2 POLIMER
Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit-unit yang
berulang sederhana (monomer). Perulangan unit-unit (monomer) dapat
membentuk susunan rantai linier, bercabang, dan jaringan. Polimer terbagi dalam
tiga kelompok umum yaitu polimer elastomer, polimer serat dan polimer plastik.
Polimer elastomer adalah polimer dengan sifat-sifat elastis seperti karet. Polimer
serat adalah polimer yang mirip benang seperti kapas, sutera atau nilon. Polimer
plastik adalah polimer yang berupa lembaran tipis.
Berdasarkan asal-mulanya polimer dapat dibagi dua, yaitu polimer alam
dan polimer sintetik. Polimer alam terbentuk di alam hasil metabolisme mahkluk
hidup, contohnya seperti pati, karet, selulosa, protein, dan sutera yang dihasilkan
oleh tanaman dan binatang. Keterbatasan tersedianya polimer alam untuk berbagai
keperluan, mendorong semakin banyak diproduksi polimer sintetik. Polimer
plastik (mudah dibentuk). Polimer plastik atau sintetik dapat dilelehkan dan
dibentuk menjadi bermacam-macam bentuk.
2.2.1 Sifat-sifat Bahan Polimer
Molekul polimer disusun dalam satu struktur rantai dalam struktur tiga
dimensi dengan ikatan kovalen, kebanyakan molekul rantai memberikan sifat
termoplastik dengan menaikan temperatur sehingga dapat mencair dan mengalir.
Bahan tersebut dinamakan polimer termoplastik. Sedangkan polimer yang struktur
tiga dimensi nya terkeraskan karena pemanasan tidak dapat mengalir lagi karena
pemanasan dinamakan polimer termoset. Sifat-sifat khas bahan polimer pada
umumnya sebagai berikut (Bukit, 2011).
1. Kemampuan cetak yang baik. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat
dicetak dengan pernyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya yang
menyebabkan ongkos lebih rendah dari pada logam dan keramik.
2. Produk yang ringan dan kuat dapat dibuat. Berat jenis polimer rendah
dibandingkan dengan logam dan keramik.
3. Banyak diantara polimer bersifat isolasi listrik yang baik. Polimer
mungkin juga dibuat konduktor dengan jalan mencampurkan dengan
serbuk logam, butiran karbon, dan sebagainya.
4. Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan kimia. Pemilihan bahan
yang baik akan menghasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik
sekali. (contoh : politetrafluoroetilen, dan sebagainya).
5. Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung
pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat pemlastis, pengisi, dan
sebagainya sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang luas.
6. Umumnya bahan polimer lebih murah.
7. Kurang tahan terhadap panas, hal ini berbeda dengan logam dan keramik.
8. Kekerasan permukaan yang sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada
9. Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam pelarut tertentu
kecuali beberapa bahan khusus seperti politetrafluoroetilen. Jika tidak dapat larut, mudah retak karena kontak yang terus menerus dengan pelarut.
10. Mudah dimuati listrik secara elektro statis, kecuali beberapa bahan yang
khusus dibuat agar menjadi hantaran listrik, kurang higroskopik, dan dapat
dimuati listrik.
11. Beberapa ada yang tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang
kecil.
2.2.2 POLIETILEN (PE)
Polietilena (PE) adalah termoplastik yang kuat dan dapat dibuat dari yang
lunak sampai yang kaku. Polietilena adalah polimer yang terdiri dari rantai
panjang monomer etilena di industri polimer, polietilena ditulis dengan singkatan
PE. Molekul etena C2H4 adalah CH2=CH2. Dua grup CH2 bersatu dengan ikatan
ganda. Polietilena dibentuk melalui proses polimerisasi dari etena,Polietilena bisa
diproduksi melalu proses polimerisasi radikal, polimerisasi adisi anionik,
polimerisasi ion koordinasi, atau polimerisasi adisi kationik. Setiap metode
menghasilkan tipe polietilena yang berbeda.
Gambar 2.2.Kantong Plastik Yang Dibuat Dari Polietilena.
Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih
mempunyai titik leleh bervariasi antara 1100C-1370C. Umumnya polietilena
bersifat resisten terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam
yaitu polietilen densitas rendah (low-density polyethilen/LDPE) dan polietilen densitas tinggi (High density polyethilen/HDPE) (Azizah, 2004).
Gambar 2.3.Model 3D Dari Rantai Polietilena.
a. b.
Gambar 2.4.(a) Monomer Polietilena Dengan Tampilan Lebih Sederhana,
(b). Rumus Monomer Dari Polietilena, n Menunjukkan Bahwa Polimer Dari
Etena.
PE menjadi istimewa karena sifat-sifatnya yang menarik seperti murah,
inert, sifat listriknya yang bagus, dan pemrosesannya mudah. Umumnya
pengklasifikasian PE didasarkan pada densitas dan viskositas pelelehan atau
Tabel 2.2. Karakteristik Polietilen
Sifat Fisik dan Mekanik LDPE Rantai Cabang HDPE
Berat jenis (g/cm3) 0,91-0,94 0,95-0,97
Titik leleh (0C) 105-115 120
Kekerasan 44-48 55-70
Kapasitas panas (kj kg-1 K-1 1,916 1,916
Regangan (%) 150-600 12-700
Tegangan Tarik (N mm-2) 15,2-78,6 17,9-33,1
Modulus tarik (N mm-2) 55,1-172 413-1034
Tegangan impak >16 0,8-14
Konstanta dielektrik 2,28 2,32
Resitivitas (Ohm cm) 6 × 1015 6 × 105
(Rafli.R,2008 )
2.2.3 Polietilen / Low Density Polyethylene (LDPE)
Low Density Polyethylene (LDPE) juga dikenal sebagai plastik dan dapat
dijumpai pada tas plastik, botol, kotak penyimpanan, mainan, perangkat komputer
dan wadah yang dicetak. LDPE adalah plastik yang mudah dibentuk ketika panas,
yang terbuat dari minyak bumi, dan rumus molekulnya adalah (-CH2- CH2-)n.
Dia adalah resin yang keras, kuat dan tidak bereaksi terhadap zat kimia lainnya,
kemungkinan merupakan plastik yang paling tinggi mutunya.
LDPE dicirikan dengan densitas 0.910–0.940 g/cm3. LDPE memiliki
derajat tinggi terhadap percabangan rantai panjang dan pendek, yang berarti tidak
akan berubah menjadi struktur kristal. Ini juga mengindikasikan bahwa LDPE
memiliki kekuatan antar molekul yang rendah. Ini mengakibatkan LDPE memiliki
kekuatan tensil yang rendah. LDPE diproduksi dengan polimerisasi radikal bebas.
LDPE bisa tembus cahaya ataupun pekat, dan sangat kuat, sangat lentur, kedap air
dan tidak dapat dihancurkan seperti plastik lain yang lebih keras. Di bawah ini
a b
Gambar 2.5.(a) Simbol LDPE, (b). Produk LDPE Dalam Kebutuhan Rumah
Tangga
Tertera logo daur ulang dengan angka 4 di tengahnya, serta tulisan LDPE,
yaitu plastik tipe cokelat (termoplastik/dibuat dari minyak bumi). Biasanya LDPE
dipergunakan untuk tempat makanan, plastik kemasan, dan botol-botol yang
lembek. Sifat mekanis jenis plastik LDPE adalah kuat, agak tembus cahaya,
fleksibel dan permukaan agak berlemak. Pada suhu di bawah 60oC sangat resisten
terhadap senyawa kimia, daya proteksi terhadap uap air tergolong baik, akan
tetapi kurang baik bagi gas-gas yang lain seperti oksigen. Plastik ini dapat didaur
ulang, baik untuk barang-barang yang memerlukan fleksibilitas tetapi kuat, dan
memiliki resistensi yang baik terhadap reaksi kimia. Barang berbahan LDPE ini
sulit dihancurkan, tetapi tetap baik untuk tempat makanan karena sulit bereaksi
secara kimiawi dengan makanan yang dikemas dengan bahan ini.
Besar kekuatan tarik, kekuatan tekan dan kekuatan lentur bahan polimer
dapat dilihat dari Tabel 2.3 berikut ini.
Tabel 2.3. Kekuatan Tarik, Tekan dan Lentur Bahan Polimer
2.2.4 Karakteristik LDPE
Pada polietilen jenis low density terdapat sedikit cabang pada rantai antara
molekulnya yang menyebabkan plastik ini memiliki densitas yang rendah, Berikut
Tabel 2.4, dan 2.5 tentang karakteristik LDPE dan sifat fisika, kimia, mekanika
LDPE.
Tabel 2.4. Karakteristik LDPE dan sifat fisika, kimia LDPE
Parameter Keterangan
Nama Kimia Low Density Polyethylen
Trade Name LDPE
Sinonim Polyethylen
Rumus Molekul (C2H4)n
Fisik Padat
Melting Point 105-1150C / 212-2750F
Spesific Gravity (at 200C)
(water = 1) 0,91-0,93
(Sitepu,I.W, 2009)
Tabel 2.5. Sifat Fisika Dan Mekanika LDPE
Sifat fisika dan mekanik LDPE rantai Lurus
Titik leleh 105-1150C
Derajat kristalinitas 85-95 %
Berat jenis 0,95-0,96
Titik lunak 1240C
Kekuatan tarik 245 kgf/cm2
Perpanjangan 100 %
(Sitepu,I.W, 2009)
2.3 SIFAT MEKANIK
Secara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya,
pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai
respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa
gaya, torsi atau gabungan keduanya. Untuk mendapatkan sifat mekanik material,
biasanya dilakukan pengujian mekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat
merusak (destructive test), dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data
yang mencirikan keadaan dari material tersebut.
Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atau
spesimen. Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabila berasal
dari jenis, komposisi dan perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya
didapatkan pada material uji yang memenuhi aspek ketepatan pengukuran,
kemampuan mesin, kualitas atau jumlah cacat pada material dan ketelitian dalam
membuat spesimen. Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik,
ketangguhan, kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak,
kekuatan mulur, kekeuatan leleh dan sebagainya. Pengujian sifat mekanik bahan
polimer sangat penting karena penggunaan bahan polimer sebagai bahan industri
sangat bergantung pada sifat mekanisnya. Sifat mekanik polimer merupakan salah
satu sifat yang sering digunakan untuk karakterisasi suatu bahan polimer
(Siagian,K.A,2009)
Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan: tegangan yaitu gaya
diserap oleh material selama berdeformasi persatuan luas, regangan yaitu besar
deformasi persatuan luas, modulus elastisitas yang menunjukkan ukuran kekuatan
material, kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau
kemampuan material untuk menahan deformasi, kekuatan luluh yaitu besarnya
tegangan yang dibutuhkan untuk mendeformasi plastis, kekuatan tarik adalah
kekuatan maksimum yang berdasarkan pada ukuran mula, keuletan yaitu besar
deformasi plastis sampai terjadi patah, ketangguhan yaitu besar energi yang
diperlukan sampai terjadi perpatahan, kekerasan yaitu kemampuan material
menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi pada permukaan.
Sifat-sifat mekanik pada polimer dapat dinyatakan dalam beberapa
Pengukuran sifat mekanik meliputi yield strength (kekuatan luluh),tensile strength
(kekuatan tarik) dan elongation at break (perpanjangan putus) (Deswita.dkk,2007)
2.4 BENTONIT
Bentonit adalah clay yang sebagian besar terdiri dari montmorillonit
dengan mineral-mineral seperti kwarsa, kalsit, dolomit, feldspars, dan mineral
lainnya. Montmorillonit merupakan bagian dari kelompok smectit dengan
komposisi kimia secara umum (Mg,Ca)O.Al2O3.5SiO2.nH2O. Nama
monmorilonit itu sendiri berasal dari Perancis pada tahun 1847 untuk penamaan
sejenis lempung yang terdapat di Monmorilon Prancis yang dipublikasikan pada
tahun (1853 – 1856) Mineral monmorillonit terdiri dari partikel yang sangat kecil
sehingga hanya dapat diketahui melalui studi mengunakan XRD (X-Ray
Difraction).
Lampung merupakan komponen salah satu komponen tanah yang tersusun
atas senyawa alumina slikat dengan ukuran partikel yang lebih kecil dari 2nm,
struktur dasar merupakan filoslikat atau lapisan slikat yang terdiri dari lembaran
tetrahedral silisiun-oksigan dan lembaran oktahedral aluminium-oksigen
hidroksida (Lestari.S, 2002).
Bentonit alam merupakan alumina slikat terhidrasi dengan unsur utama
yang terdiri dari kation alkali dan alkali tanah dari senyawa yang dikandung nya
Bentonit berarti Tanah liat yang mengadung senyawa hidrat alumino slikat dengan
unsur – unsur utama alkali tanah dan mempunyai sifat penukaran ion serta
kemampuan absopsi yang tinggi. Sehingga mineral bentonit terdiri dari beberapa
jenis mineral, berstuktur tiga dimensi dan mempunyai pori yang dapat diisi oleh
molekul air (Supeno.M, 2007).
Bentonit mempunyai potensi untuk di kembangkan pemanfaatnya menjadi
bahan unggulan yang bernilai komunitas tinggi, baik dalam bidang industri
(Farmasi, Kosmetik, Katalis, cat) agrobisnis maupun lingkungan selain dari
penggunaannya di bidang pertanian, perternakan, perikanan, proses penjernihan
air, penyerap logam – logam berat dan diterjen, berikut adalah Gambar bentonit
Gambar 2.6.Bentonit Alam Pahae
Berdasarkan kandungan alumino silikat hidrat yang terdapat dalam
bentonit, maka bentonit tersebut dapat dibagi menjadi dua golongan :
a. Activated clay, merupakan lempung yang mempunyai daya pemucatan
yang rendah.
b. Fuller’s earth, merupakan lempung yang secara alami mempunyai sifat
daya serap terhadap zat warna pada minyak, lemak, dan pelumas
Berdasarkan tipenya, bentonit dibagi menjadi dua, yaitu :
1. Na-bentonit
Na bentonit memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila
dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam
keadaan kering berwarna putih atau kream, pada keadaan basah dan terkena sinar
matahari akan berwarna mengkilap. Suspensi koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8.
2. Ca-bentonit
Tipe bentonit ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air,
tetapi secara alami setelah diaktifkan mempunyai sifat menghisap yang baik.
Suspensi koloidal mempunyai pH: 4-7. Dalam keadaan kering berwarna abu-abu,
biru, kuning, merah, coklat.
Na-bentonit dimanfaatkan sebagai bahan perekat, pengisi, lampur bor,
sesuai sifatnya mampu membentuk suspensi koloidal setelah bercampur dengan
air. Sedangkan Ca-bentonit banyak dipakai sebagai bahan penyerap. -Bentonit
Tabel.2.6. Perbedaan Sifat Na-Bentonit Dan Ca-Bentonit
No Sifat fisik Na-Bentonit Ca-Bentonit
1 Daya mengembang Sangat baik Tidak baik
2 Kekuatan dalam keadaan basa Sedang Tinggi
3 Perkembangan daya ikat Sedang Cepat
4 Kekuatan takan tinggi Sedang
5 daya tekan terhadap penusutan Tinggi Rendah
6 Daya mengalirkan pasir Sedang Sangat baik
7 Warna dalam keadaan kering Putih atau Kerem
2.4.1. Komposisi Bentonit Alam Pahae
Bentonit merupakan suatu kelompok mineral yang di hasilkan dari proses
hidrotermal pada batuan baku basa, mineral ini biasanya dijumpai mengisi
celah-celah ataupun rekatan dari batuan tersebut, selain itu bentonit juga merupakan
endapan dari aktivitas vulkanik yang banyak mengadung unsur slikat.
Adapun Komposisi bentonit alam pahae adalah sebagai berikut:
Tabel 2.7. Komposisi bentonit Alam pahae
Komposis Kimia - CaO, MgO, Al2O3, Fe2O3, Sio2, K2O,
TiO
- SiO2 = 60,18%
- Al2O3 = 14,25 %
Sifat fisik - Warna hijau kebiru-biruan, putih, dan coklat
- Kekerasan 1-2
Kegunaan - Bahan banggunan dan ornament
- Semen pozzolan, dan bahan agregat ringgan
- Bahan pengembang dan pengisi pasta gigi
- Bahan pencernih air
- Campuran makanan ternak
Keterdapatan Kecamatan Pahae, Tapanuli Utara
Cadangan +/- 6000.000 Ton
Sumber: (Distampropus, 2004)
Struktur montmorillonite terdiri dari 3 layer (lapisan T-O-T) yang terdiri
dari 1 lapisan Alumina (AlO6) bentuk pada bagian tengah diapit oleh 2 lapisan
silika (SiO4) berbentuk tetrahedral. Diantara lapisan T-O-T atau lapisan
interlayer terdapat kation monovalent maupun bivalent, seperti Na, Ca2dan
Mg2
dan memiliki jarak (d-spacing) sekitar 1,2-1,5 nm (salim,2012). Lepisan-lapisandalam bentonit ini teralogmerasi (menggumpal) karna adanya gaya tarik
menarik antar partikel. Dengan teknik tertentu seperti surface treatment gaya tersebut dapat dikurangi sehingga jarak antar layar dalam struktur monmorilonit
akan bertambah besar (>15).(syuhada dkk,2009).
Dengan rumus kimia bentonit adalah (Mg, Ca) xAl2 O
3. ySiO2. n H2O
dengan nilai n sekitar 8, x,y adalah nilai perbandingan antara Al2O3. dan SiO2,
dan ( Mg, Ca ) adalah M,. Fragmen sisa bentonit umumnya terdiri dari campuran
kristoballit, feldspar, kalsit, gipsum, kaolinit, plagioklas.
Setiap struktur kristal bentonit mempunyai tiga lapisan yaitu lapisan
oktahedral dari alumunium dan oksigen yang terletak antara dua lapisan
tetrahedral dari silikon dan oksigen. Penyusun terbesar bentonit adalah silikat
dengan oksida utama SiO2 (silika) dan Al2O3 (aluminat) yang terikat pada
molekul air. Penggabungan pada satu lapisan tetrahedral silika dengan satu
Gambar 2.7. Struktur montmorillonit
Adanya atom-atom yang terikat pada masing-masing lapisan struktur
montmorillonit memungkinkan air atau molekul lain masuk di antara unit lapisan.
Akibatnya kisi akan membesar pada arah vertikal. Selain itu karena adanya
pergantian atom Si oleh Al menyebabkan terjadinya penyebaran muatan negatif
pada permukaan bentonit.
2.4.2 Sifat Fisik dan Kimia Bentonit
Dalam keadaan kering bentonit mempunyai sifat fisik berupa partikel
butiran yang halus berbentuk rekahan-rekahan atau serpihan yang khas seperti
tekstur pecah kaca (concoidal fracture), kilap lilin, lunak, plastis, berwarna kuning
muda hingga abu-abu, bila lapuk berwarna coklat kekuningan, kuning merah atau
coklat, bila diraba terasa licin, dan bila dimasukan ke dalam air akan menghisap
air.
a. Sifat fisik bentonit
Sifat fisik bentonit yang sangat penting adalah sebagai Kapastitas Tukar
Ion (KTK), daya luas permukaan, reologi sifat mengikat dan melapas serta
palstisitas
1. Kapasitas Tukar Ion
Sifat ini untuk menentukan jumlah kadar air yang terserap dalam
bentonit (dalam hal ini mineral monmorollonit) dalam keseimbangan
monmollonit serta adanya unsur (ion atau kation) yang mudah terbuka dan
menarik air, kation atau ion Na mempunyai daya serap air yang lebih baik
dari ion lainya seperti: Mg,Ca, K dan H dengan demikian maka bentonit
yang dimasukkan dalam air akan mengembang dan akan membentuk
larutan koloid, bila air tersebut di keluarkan dari larutan koloid tersebut
maka akan terbentuk suatu massa, liat, keras dan tidak tembus air serta
bersifat lembut atau tahan terhadap reaksi kimia, sifat ini di terapkan
dalam pengeboran dan tekik sipil
2. Luas permukaan
Yang dimaksud dengan luas permukaan adalah jumlah kristal atau
butir-butir bentonit dinyatakan dalam m/gram, sifat ini sangat penting
karena semakin besar jumlah luas permukaan, makin banyak zat kimia
yang dapat terbawa ( melekat ) atau makin sempurna pori-pori yang dapat
tersisa sifat ini dimanfaatkan dalam industri kimia misalnya sebagai
katalis, pembawa racun dan jamur serta digunakan sebagai bahan pengisi
dan pengembangannya di dalam industri kertas, cat dan lain sebagainya.
3. Daya serap
Sifat ini di sebabkan oleh ketidak seimbangan muatan listrik dalam ion
serta adanya pertukaran ion, dalam mineral lampung daya serap terjadi
pada ujung dan permukaan kristal serta ruang diantara kation butir
lampung, bentonit mempunyai sifat mengadsorbsi karena ukuran partikel
koloidnya sangat kecil mempunyai kapasitas pertukatan ion yang angat
tinggi.
Tabel 2.8 Karakterisasi Bentonit
Karakterisasi Nilai
Massa jenis 2,2 – 2,8 gram/ L
Massa molekul relatif 549,07 gram/ L
Titik leleh 1330– 1430 C
b. Sifat- sifat kimia
Bentonit mineral yang memiliki gugus aluminoslikat unsur-unsur kimia
yang terkandung di dalam bentonit diperlihatkan pada Tabel 2.9
Tabel 2.9 Komposisi kimia
Senyawa Na- Bentonit (% ) Ca-Bentonit (% )
SiO2 61,3-61,4 62,12
Al2O3 19,8 17,33
Fe2O3 3,9 5,30
CaO 0,6 3,68
MgO 1,3 3,30
Na2O 2,2 0,50
K2O 0,4 0,55
H2O 7,2 7,22
2.5 PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI
Dari hasil pembuatan sampel komposit yang terdiri dari campuran
polietilen/ low density polyethelene (LDPE) dengan pengisi bentonit alam, dilakukan beberapa karakterisasi : yakni sifat mekanik (kekuatan tarik ,
perpanjangan putus, dan Modulus Young), analisis termal dengan TGA dan DTA
, dan analisis morfologi.
2.5.1 Uji Mekanik.
Perilaku mekanika maupun sifat-sifat mekanik polimer termoplastik
sebagai respon terhadap pembebanan secara umum dapat dijelaskan dengan
mempelajari hubungan antara struktur rantai molekulnya dan fenomena yang
teramati. sifat mekanik meliputi kekuatan tarik , perpanjangan putus, Modulus
tergantung pada waktu (time-dependent) , ada dua mekanisme yang terjadi pada daerah elastis, yaitu:
1. Distorsi keseluruhan bagian yang mengalami deformasi
2. Regangan dan distorsi ikatan-ikatan kovalennya. (Bukit, 2011).
Gambar 2.8 Spesimen Uji Tarik dan Perilaku Polimer TermoplastikSaat Mengalami Pembebanan di Mesin Uji Tarik.
Pengujian tarik (tensile test) adalah pengujian mekanik secara statis
dengan cara sampel ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya di mana
gaya tarik yang diberikan sebesar P (Newton). Tujuannya untuk mengetahui
sifat-sifat mekanik tarik (kekuatan tarik) dari komposit yang diuji. Tegangan
perpatahan adalah perbandingan gaya perpatahan mula-mula. Modulus Young
adalah ukuran suatu bahan yang diartikan ketahanan material tersebut terhadap
deformasi elastik. Makin besar modulusnya maka semakin kecil regangan elastik
yang dihasilkan akibat pemberian tegangan .
2.5.2 Analisis SEM (Scanning Elektron Microscopy)
SEM merupakan pencitraan material dengan mengunakan prinsip
mikroskopi. SEM dipakai untuk mengetahui struktur mikro suatu material
meliputi tekstur, morfologi, komposisi dan informasi kristalografi permukaan
partikel. Morfologi yang diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran dan susunan
Gambar 2.9 Dalam SEM berkas elektron berenergi tinggi mengenai permukaan material.
Untuk material bukan logam seperti isolator ,agar profil permukaan dapat
diamati dengan jelas dengan SEM maka permukaan material tersebut harus
dilapisi dengan logam. Film tipis logam dibuat pada permukaan material tersebut
sehingga dapat memantulkan berkas elektron. Metode pelapisan yang umumnya
dilakukan adalah evaporasi dan sputtering. Logam pelapis yang umumnya
digunakan adalah emas. (Frida, 2011).
2.5.3 Analisa Sifat Termal
Pada bahan polimer analisis termal digunakan untuk penentuan kontrol
kualitas suatu bahan. Analisa teramal secara umum didefinisikan sebagai
sekumpulan teknik yang mengukur sifat fisis suatu bahan dan atau hasil-hasil
reaksi yang diukur sebagai fungsi temperatur (Frida, 2011). Tanpa adanya
pengetahuan data-data termal, pemrosesan suatu bahan akan sangat sulit
dilakukan. Sifat termal suatu bahan menggambarkan kelakuan dari bahan tersebut
jika dikenakan perlakuan termal (dipanaskan / didinginkan). Dengan demikian
pengetahuan tentang sifat termal suatu bahan menjadi sangat penting dalam
kaitannya dengan pemrosesan bahan menjadi barang jadi maupun sebagai control.
Differential Thermal Analysis (DTA)
DTA adalah tehnik yang mencatat perbedaan antara suhu sampel dan
senyawa pembanding, baik terhadap suhu saat kedua specimen dikenali kondisi
suhu yang sama dalam sebuah lingkungan yang dipanaskan atau didinginkan pada
Analisis Termal Gravimetri (TGA)
Analisis Termal Gravimetri merupakan metoda analisis yang
menunjukkan sejumlah urutan dari lingkungan termal, kehilangan berat dari bahan
disetiap tahap, dan suhu awal perosotan (Hamid ,2008). Analisa termogravimetri
(TGA) dilakukan untuk menentukan kandungan pengisi dan kestabilan termal dari
